Keithley吉时利 参数测试系统S530

Keithley吉时利 参数测试系统S530采用了成熟的源和测量技术，可满足工艺控制 监测、工艺可靠性监测以及器件特性分析所需的全部直流和C-V测量。
 

Keithley吉时利 参数测试系统S530主要特点:

• 半导体行业最具性价比的全自动 参数测试仪
• 专门针对各种产品混合的环境而 优化设计，这种环境下的高度灵 活性和测试规划的快速制定至关 重要
• 可选择小电流和高电压系统配置
  – 小电流配置支持测量小电流特性，例如亚阈值漏流、栅极漏流等
  –高电压配置专门针对监测 GaN、SiC和 Si LDMOS 功率器件的工艺而优化设计
• 兼容常见的全自动探针台
• 脉冲产生、频率测量，以及低电 压测量的仪器选件
• 接线引出（Cabled-out）测试仪 配置最大限度地提高了探针台接 口的灵活性，并扩展了电压量程
  –兼容吉时利的9139A型探针卡适配器
  –支持现有5英寸探针卡库的重用
• 久经考验的仪器技术确保在实验 室和工厂环境下均可获得高测量 准确度和重复性

针对高混合测试环境优化设计

S530参数测试系统专门针对那些必须面对各种器件和技术的生产和实验室 环境优化设计，具有业内领先的测试规划灵活性、自动测试功能、探针台集成， 以及测试数据管理能力。这些测试解决方案的设计凝聚了吉时利30多年为全球 范围内客户提供各种各样的标准和定制参数测试系统的宝贵经验。
 

简单的软件迁移和高度的硬件重用

S530系统的设计加速和简化了系统启动过程，并实现了现有测试资源的最 大重用。例如，控制这些系统的软件兼容很多新出和遗留的自动探针台，所以 就省去了购买新设备的费用。此外，S530的接线引出（cabled-out）配置通常 允许继续使用现有的探针卡库。多项可选的应用服务，能够帮助用户充分利用 现有探针仪和探针卡投资的全部价值。吉时利还可帮助用户加快开发新的测试 配置，或将现有测试配置转换用于S530系统。

半导体行业最强大的标准参数测试系统

提供两种不同的系统配置，能够满足不同的参数测试应用环境。S530小电 流系统可配置2至8路源测量单元（SMU）通道，具有亚皮安级测量分辨率，并 为探针卡提供了全面的小电流?；?，使其非常适合于亚微米MOS硅工艺的特性分析。S530高电压系统可配置3至7路SMU通道，能够源出高达1000V的电压，可用于汽车电子和功率管理器件所需的各种击穿和漏流测试。

全部S530系列系统都配备有吉时利久经考验的大功率SMU，在200V和20V量 程均可提供高达20W源出或吸入能力，这种功率水平对于当今移动设备中普遍存在 的大功率器件及电路的完整特性分析至关重要。无论是测试LDMOS Si 还是GaN BJT的应用，这种大功率能力都提供了对器件性能的更大可见性。这意味着S530系 统既可应对大功率器件测试，又不会影响监测主流器件工艺所需的小电流亚皮安灵 敏度。相比之下，竞争参数测试系统却受限于中等功率的2W SMU仪器，因此不能 与S530系统的应用范围相提并论。

完全开尔文标准配置

由于接口电缆和通路上电压降的原因，往往高于几个毫安的电流就会导致测量 误差，为预防这种测量完整性的下降，小电流和高电压S530系统在探针卡均提供了 完全开尔文测量配置（也称为远端电压检测）。完全开尔文测量对于确保S530系统 中大功率SMU仪器的20W能力的测量准确度尤其重要。

业内最强大的高电压参数测试系统

S530高电压半导体参数测试系统是唯一 能够在多达24个引脚上实现完全开尔文高电 压性能的参数测试仪，这种能力对于当今更 高功率器件的特性分析来说是无价之宝。系 统采用了可源出1000V@20mA（最大20W） 的高电压SMU。利用两个高电压通路，可进 行直接高边电流测量（采用单个SMU源出和 测量DUT的高边）或更高灵敏度低边小电流 测量（采用一个SMU源出高电压至DUT的高 边，另一个SMU用于低边0V并测量电流）。

系统架构

每套S530系统配置由5层组成：

• 仪器层 – 除了SMU仪器，S530还提供脉 冲产生或进行C-V测量、频率测量，或低 电压测量的选件。
• 通路层 - S530系统提供高保真度信号 通路，测试期间可动态重新配置，使任何 仪器均可连接至任何引脚或引脚组。
• 电缆接口层 - 全部系统互连均采用完全 屏蔽和?；さ娜岬吐┝?、高电压电缆， 确保更高的测量完整性。
• 探针卡适配器 （PCA）层 - 该层提高了 探针卡的屏蔽和?；?，确保测量完整性。 此外，PCA为需要直接连接探针卡及必须 旁路信号通路开关矩阵的仪器提供了辅助 输入。
• 探针卡层 - 该层包括探针卡供应商提供 的定制卡。

信号通路

每套S530测试系统的核心是一组通过系统开关，直接连接仪器和测试引脚之间 信号的高保真度信号通路。S530具有8条高保真度通路，可用于动态连接仪器和引 脚。例如，同时可将最多8个SMU仪器连接至任意引脚（或多个引脚）。S530小电 流系统采用开关矩阵，在全部8条通路上提供一致的性能。S530高压系统采用带特 定通路的开关矩阵，提供高电压/小漏流测量，以及C-V测量。请参阅7174A型和 7072-HV数据表获取有关信号通路的更多细节。

表2. S530通路性能

每套S530系统由5层组成：仪器、开关通路、电缆接口、探针卡适配器和探针卡。

成熟的SMU技术

S530参数测试系统中的全部源测量单元（SMU）均基于吉时利的高生产品质 仪器技术，确保测量准确度和重复性，并延长硬件寿命。SMU仪器为四象限源，因 此可源出或吸收电流或电压。除了精密源出电路外，还包括全部量程的可编程限值 （顺从性），有助于防止器件和探针由于器件击穿而损坏。每款SMU均可在源出的 同时测量电压和电流，确保参数计算反映真实的条件，而不仅仅是编程的条件。

系统测量选件

对于更广泛的测试结构和测量，S530可配备若干测量选件：

• 电容-电压（C-V）单元 — 能够在 1MHz下测量10pF电容，准确度达 1%。
• 脉冲产生单元 — 可选的脉冲发生 器单元支持开放的负载脉冲幅度从 ±100mV 至±40V，脉冲宽度从100ns 至 1s，脉冲周期从50ns 到200ms。 可以添加多达六个脉冲通道（两个 通道的增量）。添加一到三个双通 道单元到应用，如闪速存储器 测量。
• 频率测量 — 为了测量测试结构， 例如环形振荡器，频率测量选件可 用于S530。该选件使用开关矩阵的 一个端口，旨在允许用户测量环形 振荡器的结构。选件的频率范围从 10kHz 到20MHz，可以测量有效值 从10mV到1V的信号。
• 低电压测量 — 一个可选的7位半 数字万用表（DMM），增强了电压 测量功能，允许从亚-500μV到400V 的差分和非差分电压测量（在S530 高电压系统中高达1000V），用于 测量必须精确测量小电压的结构， 包括范德堡、联系链、金属电阻和 其他设备。

接地单元（GNDU）

全部SMU仪器均以接地单元或 GNDU为基准。测试期间，GNDU为 SMU仪器源出的电流提供公共基准和 回路。通过组合全部Source LO和 Sense LO信号并使其以系统地为基 准，形成GNDU信号。系统可方便地 针对各种接地系统配置进行配置，以 适应不同的探针台接地机制。

标准9139A探针卡适配器

S530参数测试系统的标准探针卡适配器（PCA）为成熟的9139A。该PCA 的多项主要特性和性能优势使其20多年以来一直是业内领先的PCA选择：

• 低偏移电流，使小电流性能最大化。
• 低噪声性能，有助于保证低电平电压测量的完整性。
• 最小程度介入、小尺寸设计，方便与照相机集成。
• 64路输入—可配置，支持来自于测试仪的标准电缆连接，以及旁路通路矩阵的 仪器的辅助输入。
• 500V引脚间隔离（当仅连接至其他单个引脚时为1000V）

高灵活性接线引出配置

S530系统为“接线引出”（cabled-out）配置，提供了高混合工厂和实验室 环境所需的互连灵活性。这些系统可连接至各种不同的探测解决方案，包括高性 能圆形探针卡、高性价比矩形边缘连接器探针卡，甚至涉及极温或需要高耐用性 的应用中的特殊高性能卡。

表4. S530系统连接选件

9139A型探针卡适配器在超过10年的时间内广受 业界信任。其小电流性能和高电压能力组合使其 成为S530参数测试系统的理想选择。

替代探针卡适配器（PCA）

提供可用于全部S530配置的可选 探针卡，最简单情况下，用于连接至 矩形探针卡（通常指5英寸探针卡）的 边缘连接器为一个PCA。这种PCA为 中等信号电平的应用提供了最具性价 比的解决方案。只要愿意，9139A型 PCA可作为选件配置至任意S530系统。 该PCA设计用于通过Pogo引脚连接器 将系统连接至圆形探针卡（来自于经 吉时利认可的厂商）。订购时可指定 与探针台相关的适配器基板，以确保 9139A型与常见的探针台保持兼容。

探针卡

与基于测试头的系统不同，S530 系统可方便地适应各种各样的探针卡 类型，所以有希望不更换现有（且昂 贵的）探针卡库。尽管吉时利推荐使用9139A型PCA，以及经认证的探头卡厂家 产品，但我们也意识到用户已经对现有探针 卡进行了大量投入。如果探针卡重用对于资 产设备策略至关重要，请咨询应用团队，了 解能够?；ぬ秸肟ㄍ蹲实牧友〖?。

系统软件

吉时利的S530系统依赖于吉时利测试环 境（KTE）软件进行测试开发和执行。一个 安装Linux操作系统的标准的工业PC，KTE 整合了吉时利几十年的参数测试经验到其最 新一代的测试系统。测量程序和测试计划可 以很容易地编写、转换、或重新使用，帮助 您启动并且使运行速度更快。它简化了S530 系统与现有测试系统一起有效地使用。S530 软件包含所有关键的系统软件操作：

• 晶圆描述
• 测试系统开发
• 制定测试规划
• 限值设置
• 具有自动探测器控制的晶圆或提篮水平 测试
• 测试数据管理

提高灵活性的用户操作点（UAPs）

用户操作点或UAP可用于修改测试序列 中关键事件的工作流程，例如“装载晶圆”、 “启动测试”、“结束提篮”等。它对于增 加系统能力非常有用，例如使用OCR系统读 取晶圆提篮RFID标签或读取晶圆ID。测试 期间，使能的UAP触发脚本或可执行程序中 的一个或多个自定义操作。

系统诊断和可靠性工具

例行执行诊断，确保系统正常工作，不 会发生错误的合格或不合格判定。S530系统 的诊断能力快速、简便地验证系统功能性。 诊断进程中的关键步骤包括配置验证、通信 通路测试、信号通路测试和SMU源测量测试。 诊断过程甚至包括电缆接口和PCA，以确保 完整系统的功能性，诊断进程的设计使其能 够检测和定位各种系统故障、速度诊断，将 工作时间最大化。

高电压仪器?；つ？?/h4>

S530高电压系统包括一个1kV的 SMU，可能在DUT的一个端子使用， 同时施加一个200V SMU或CVU到另 一个端子。如果测试序列或不合格的 DUT在低电压仪器的输入上产生太高 的电压，就可能严重损坏仪器。为了 将这种故障风险降至最低，吉时利的 工程师开发了?；つ？?，可防治破坏 性电压损坏200V SMU仪器和CVU， 而不会影响其低电平测量能力。

带RAID镜像驱动的工业PC

即使最高质量的硬盘驱动也会发 生常见故障，所以定期备份系统至关 重要。S530系统采用了高可靠性工业 控制器，包括RAID（独立磁盘冗余阵列）选件。随时维护一个主驱动器镜 像。当发生驱动故障时，镜像驱动成 为主驱动，并通知用户应该立即准备 更换驱动。采用RAID镜像驱动时，驱 动发生故障就意味着需要制定维修计 划，而不是系统停工。